Consumos de Energia Consumos nos edifícios 22% do consumo final (Média Europeia 40% por razões óbvias) Crescimento anual de 3,7% . Residencial (13%) e Serviços (9%) – 3,5 MTep 58% deste consumo é de electricidade representando um consumo 27% da electricidade total Na década de 90 consumos nos transportes aumentaram 68% e doméstico/serviços 31%. Consumos específicos Conforto térmico • Parâmetros individuais • Actividade; Vestuário • Parâmetros ambientais • Temperatura; Humidade e Velocidade do ar • Temperatura média radiante • Equação de Conforto: Com base nos parâmetros determinam a acumulação energética no corpo, S. • Indíces: Quantificam as condições de conforto • PMV (Predicted Mean Value) e Grau de Insatisfação. Metabolismo e vestuário 1 met=58.15 W/m2 1 clo= 0.155 m2K/W Balanço de energia Variáveis do Balanço e PMV • Muitas das variáveis não são conhecidas e são estimadas de balanços de energia com condições conhecidas. Condições de conforto - PMV O metabolismo (M) e a acumulação térmica (S) foram correlacinadas com as opiniões das pessoas sobre as condições de conforto (PMV –Predicted Mean Value) 1 Ligeiramente - Frio 2 0 Neutro 3 Insuportavelmente + Quente Condições de conforto - PPD PPD (Percentagem de Pessoas Desconfortáveis) Nunca se conseguem condições que satisfaçam a todas as pessoas por isso aceita-se como condições de conforto quando a PPD é inferior a 10%. Radiação Solar Intensidade de radiação no exterior da atmosfera varia devido à trajectória elíptica da terra em torno do sol Máx 21 Dez. O ângulo da radiação solar em relação à superfície depende da Latitude L e da Declinação d que varia devido à inclinação do eixo de rotação A altitude solar a é o ângulo entre os raios solares e uma superfície horizontal e varia de 0º a um valor máximo dependente de L e d que é dado por a12horas Para outras horas do dia a altitude é dada por a12horas - 15ºx Ih-12I A altitude pode ser calculada por: A intensidade máxima de radiação numa superfície horizontal seria então na ausência de efeitos da atmosfera. Interferência da atmosfera A atmosfera absorve e dispersa parte da radiação que contribuem para a (extinção) diminuição da radiação directa: Depende dos ângulos d-declinação, e a-altitude que afectam A e B que variam ao longo do ano. A radiação difusa (suposta uniforme em todas as direcções) é: Factor de visibilidade com α ângulo da vertical e normal à superfície A, B e C têm valores tabelados na metodologia da ASHRAE Existem muitas outras fórmulas para o cálculo das grandezas referidas por exemplo considerando o estado do tempo e visibilidade (nuvens). Trajectória do Sol na Terra Como interessa analisar a variação do ângulo do sol com as superfícies usa-se o ângulo de azimute (z) que representa a diferença entre a projecção dos raios solares numa horizontal e a direcção Sul (180º no meio dia solar, varia ~90 a ~270) N 0 0 Azimute 20 Nascer do sol para a=0: 40 270 W Altitude 21 Jun 60 21 Jul/Mai 21 Ago/Abr 80 E 90 21 Set/Mar 21 Out/Fev A altitude e azimute podem ser lidos a partir de diagramas em função do dia do ano e horas. (As horas formam duas linhas (tipo 8) que se aproxima por uma) 21 Nov/Jan 21 Dez Dias ou declinações Horas 8h 10h S 180 Representação Estereografica Notar que a escala da altitude corresponde às circunferências de fora para dentro e o azimute à direcção que varia de 0 a 360º. Latitude 38,4ºN Lisboa Açores N Latitude 32ºN Madeira 6h 18h W 16h 8h 14h 10h S E Representação Cilíndrica Nesta projecção pode-se observar a trajectória do sol numa projecção cilíndrica que depois é planificada para fazer-se as leituras. Podem-se localizar os pontos pelo dia e hora no diagrama e ler no eixo vertical a altitude e no horizontal o azimute. (Gráfico mostrado para 32º de Latitude ~Ilha da Madeira). Altitude 21 Jun Hora 21 Jul/Mai Dia 21 Ago/Abr 21 Set/Mar 21 Out/Fev 21 Nov/Jan 21 Dez Horas 90º Este 180º Sul 270º Oeste Azimute Incidência em superfícies • O ângulo de incidência da radiação solar em relação a superfícies pode ser quantificado a partir dos ângulos que definem essa superfície: – α Ângulo entre a superfície e a horizontal • (Se for maior que 90º a superfície aponta para baixo) – β Ângulo entre a normal à superfície e o Sul. • permitindo definir então o ângulo de incidência: cos senacos cosasen cosz 1 A fórmula dos apontamentos estava errada pois tem sen em vez de cos como me chamou a atenção um aluno na aula. Cálculo de Sombras • Os ângulos de azimute z e de altura de sombras a podem-se definir a partir dos ângulos num corte vertical v e horizontal h (exemplo prática). • tg (v) tg (a) tg (h) A altura relaciona-se com estes ângulos por: e varia entre o valor de a=v (z=0) e a=0 para z=/2 Na projecção hemisférica as linhas das sombras são radiais e arcos que podem rodar consoante a orientação da fachada Na projecção cilíndrica as linhas das sombras são verticais e arcos que se podem deslocar na horizontal consoante a orientação da fachada V1 +h1 V1 +h2 -h1 V2 -h2 V2 -h2 -h1 h1 h2 Caracterização climática • Existem tabelas com características climáticas emitidas pelo INM (Instituto Nacional de Metereologia) com valores extremos de temperaturas absolutos e médios e horas de ocorrência. • Existem ainda temperaturas extremas com probabilidade acumulada que é a probabilidade de ocorrência. e.g. para Lisboa (de 1989) 90% TMax<27ºC, 95% TMax<29,4ºC, 97,5% TMax<31,4ºC, 99% TMax<33ºC que permitem definir valores diferentes para projecto, consoante o objectivo. • Também existe outra grandeza que é o número de Graus-Dia que exprimem o somatório do valor deste produto ao longo de um dia ou ao longo do ano. – Permite ter uma ideia de consumo enquanto os valores extremos servem para dimensionar as potências. Projecto AVAC I • Aquecimento, Ventilação Ar Condicionado • Condições de projecto – temperatura, humidade relativa e qualidade do ar – características térmicas das superfícies da envolvente e das paredes interiores – exposição à radiação solar e ao céu – renovação e velocidades do ar – níveis de iluminação • Determinação das zonas de AVAC considerando: – – – – Actividade Horário de ocupação Ganhos internos de calor Orientação Projecto AVAC II • Cálculo das cargas térmicas de cada zona – Na situação de Inverno mais desfavorável – Na situação de Verão mais desfavorável – Necessidades energéticas anuais. • Definição do sistema de AVAC – Identificação dos componentes e localização – Dimensionamento dos componentes – Estimativa do investimento – Integração do sistema no edifício. Projecto AVAC III • Cálculo das cargas térmicas – Fluxo por condução de calor através da envolvente – Tratamento do caudal de ar novo para garantir a qualidade do ar – Ganhos devido à radiação solar – Ocupação – Equipamentos – Iluminação. • As trocas de calor com a envolvente apresentam importantes efeitos de inércia e dependem também da hora do dia, variando as condições interiores e as cargas térmicas. Considerações • Condução de calor através de paredes. • Transferência de calor por radiação para vidros que posteriormente é transferido por convecção. • Efeito de estufa nas superfícies vidradas. • Diminuição de transmissão de radiação nos vidros também diminui transmissão de luz (rad. visível). • Vidros duplos devem ter transmissão baixa no exterior e interior transparente. Calor para exterior. • Ocupação e cargas de equipamentos apresenta variações importantes ao longo do dia e devem ser sempre divididas em cargas sensíveis e latentes. Classificação de sistemas AVAC • Ar-Ar (Conduta simples VAC, VAV, VTV ou dupla) Volume de ar constante, vol. ar variável e vol. e temperatura variável. – Condutas grandes, Grande consumo energético • Água (2 ou 4 tubos) – Apenas para aquecimento ou arrefecimento • Ar-Água (Combinação de anteriores) – Ar para renovação e cargas latentes, água p. calor • Expansão directa (fluído refrigerante) – Caudal de fluído variável VRV c/ 3 tubos, Modelos split, Unidade central e periféricas (4-32) • Depósitos de acumulação (fluidos eutéticos ou gelo) Unidade de Tratamento de Ar • Esquema de UTA típica que permite: – Arrefecimento com desumidificação e aquecimento – Aquecimento com humidificação – Mistura de ar recirculado (condições da sala S) M E Ar Novo F Q L R I Ar Insuflado Sala (S) S Evoluções Diagrama Psicrométrico Exemplos de evoluções para situação de verão: S+EMF Q=IS e de inverno S+EM MQLR=I S MQL=I S F L I=Q I=L=R M=F M=F E E M S Q Q
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